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奔赴火星的計量承諾

面臨的挑戰(zhàn)：

來自海克斯康的解決方案：

在好奇號翱翔太空之前，為完成這個6個輪子、18,000磅重、小型汽車大小的火星車制造，進(jìn)行了大量辛苦的工作。

制造之初

對于噴射推進(jìn)實驗室(JPL, Pasadena, CA)來說，壓力可以說是巨大的，在這里，科學(xué)家、工程師以及技術(shù)人員夜以繼日的工作，為火星科學(xué)研究實驗室(MSL)進(jìn)行火星車巡航階段以及下降階段設(shè)備的設(shè)計、制造與測試。

Gerald Clark，JPL的高級質(zhì)量工程師與品質(zhì)保證檢測服務(wù)的負(fù)責(zé)人說，MSL項目是一個銀河級的原型系統(tǒng)，產(chǎn)品開發(fā)階段涉及了數(shù)以萬計的零部件。在大多數(shù)情況下，團(tuán)隊需要為該項目的每一個零部件制造三個及以下的部件，用于各種破壞與非破壞性試驗、火星任務(wù)以及火星環(huán)境模擬。

除了管理一個10人的團(tuán)隊、開展各種檢測工作，Clark的工作還包括了評估與采購用于完成超過10,000種零件、組件、裝配件驗證的測量設(shè)備。

MSL項目中硬件的建造方法被稱為并行工程，對Clark和他的團(tuán)隊來說，這意味著所有的事情同時發(fā)生。

整合是關(guān)鍵

要適應(yīng)令人發(fā)狂工作節(jié)奏、完成海量同時制造的零部件驗證工作，Clark覺得關(guān)鍵所在是質(zhì)量團(tuán)隊要成為專家，不僅是測量設(shè)備和軟件應(yīng)用，還需要幫助設(shè)計與制造人員實現(xiàn)特殊零部件的開發(fā)，并制造出符合要求的成品，絕對不存在失敗的可能性。事實上，一些測量機(jī)(CMMs)和其他一些設(shè)備缺乏統(tǒng)一的接口，在Clark的建議下，被搬離制造現(xiàn)場。

今天，JPL擁有來自?？怂箍涤嬃扛鞣N尺寸的測量機(jī)，還包括配備觸發(fā)測頭的關(guān)節(jié)臂以及Leica激光跟蹤儀，均配備來自?？怂箍涤嬃拷y(tǒng)一的PC-DMIS企業(yè)計量解決方案(EMS)軟件。另外，JPL超過200個合約部件制造商以及所有獨立的測量實驗室可以采用不同類型的測量設(shè)備，使用同一軟件完成工件的測量、產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的報告。作為回報，精干的測量團(tuán)隊有個各種不同的選擇，以配合實驗室無法預(yù)測的工作節(jié)奏。

除了使用的測量設(shè)備，通用測量程序一般在JPL編制，采用脫機(jī)編程工作站在設(shè)計之初以及制造階段。最終，這些程序被應(yīng)用于并行工作的工程和制造環(huán)節(jié)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的輸出：PDF、RTF文件或者PC-DMIS數(shù)據(jù)程序文件。

在JPL，編程的第一步是將A版本的UG CAD文件以step格式導(dǎo)入到PC-DMIS。在這一步，工程師將與質(zhì)量人員合作，明確最為重要的設(shè)計參數(shù)和適合的基準(zhǔn)。來自檢測團(tuán)隊的人員憑借指向與點擊編程技術(shù)建立檢測程序。

因為整個太空船是一個樣品，設(shè)計指標(biāo)直到制造已經(jīng)開始了還沒有確定。我們需要制造之前從未做過的，取得之前沒有的成就，Clark說。設(shè)計修改在整個制造與裝配過程中不斷的出現(xiàn)。

例如，決定將一些的重要的部件精煉以減輕重量，這就導(dǎo)致了增加結(jié)構(gòu)剛性的需要，以增強(qiáng)剛性質(zhì)量比。這樣，更改的設(shè)計與制造過程要求對關(guān)鍵參數(shù)和測量策略進(jìn)行更改這是經(jīng)常要發(fā)生的事情。

當(dāng)需要驗證一個完工部件，設(shè)計一般需要從Rev A升級到Rev E、F甚至G。對程序的更改需要進(jìn)一步咨詢工程師，這樣使得測量程序能夠很快的更改。PC-DMIS開放的結(jié)構(gòu)允許修改可以在任何地點、任何順序進(jìn)行。

每天都不平凡

如此眾多的零部件，分布于設(shè)計與制造的不同階段，對Clark和他的同事來說難以預(yù)測每天會發(fā)生什么。有時，你都不知道下個小時會發(fā)生什么，Clark說。我們80%的零部件都是由外部供應(yīng)商提供。我們能夠知道它們何時到位，我們提前對最復(fù)雜的工件進(jìn)行編程使之不成為檢測領(lǐng)域的瓶頸。JPL的計劃不是以周濟(jì)，而是以天甚至小時。我們保持著持續(xù)的溝通，Clark說?！霸诓煌瑴y量系統(tǒng)上擁有統(tǒng)一的軟件平臺幫助我們適應(yīng)這變化的環(huán)境。誰測量、測量什么、在那里測量、用那臺設(shè)備 - 我們經(jīng)常做最后一分鐘的改變?！?/span>

通過郵件遠(yuǎn)程進(jìn)行源頭測試。Clark最近一天內(nèi)進(jìn)行了三次，而一天內(nèi)兩次是經(jīng)常的事。不用到供應(yīng)商現(xiàn)場進(jìn)行工件驗收，Clark要求其制造伙伴將測量程序以及所有的數(shù)據(jù)點發(fā)郵件給他，減除CAD模型一邊減小文件的大小。我們不能承受派人出差只進(jìn)行源頭測試，Clark說。只要我們能夠獲得數(shù)據(jù)，PC-DMIS允許我們對任何過程進(jìn)行分析，使用的基準(zhǔn)或者相關(guān)特征的位置。擁有可分析的數(shù)據(jù)和派人到現(xiàn)場觀察測量過程具有同等效果。我們甚至可以用這些數(shù)據(jù)回答，如果又怎樣這樣的問題。

你可以在軟件中隨意的調(diào)整，分析發(fā)現(xiàn)的不符合之處，與工程師商議判定汞加納的驗收，Clark說。這樣，我們可以遠(yuǎn)程進(jìn)行源頭測試認(rèn)定，推薦需要的更改，并在我們的實驗室進(jìn)行檢測工作。

JPL購買的關(guān)節(jié)臂測量機(jī)，配備的是PC-DMIS Portable軟件，并將其整合于檢測團(tuán)隊的工作過程中，用于加工過程中的檢測。只需很少的調(diào)整，用于測量機(jī)的程序也可以應(yīng)用于關(guān)節(jié)臂。利用關(guān)節(jié)臂，一些工件還固定在設(shè)備上時，利用原來的基準(zhǔn)就可以測量。

JPL還通過利用關(guān)節(jié)臂測量測量機(jī)行程范圍外的特征而實現(xiàn)測量范圍的擴(kuò)展。這種測量可以通過將關(guān)節(jié)臂與測量機(jī)納入到同一測量程序中或者是將關(guān)節(jié)臂采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到主程序中獲得。任何一種情況下，JPL都能夠避免將工件送到一個獨立實驗室所需的時間和費用。

當(dāng)實驗室需要測量的工件很大，JPL使用一臺DEA龍門式測量系統(tǒng)，是從JPL一個加工供應(yīng)商那里，利用夜班的時間租用。JPL還利用來自獨立檢測實驗室的服務(wù)以應(yīng)對測量的高峰。無論零件在那里測量，檢測設(shè)備使用的都是同一測量軟件，這樣程序和報告在JPL檢測供應(yīng)商層面保持一致。

Clark說統(tǒng)一測量軟件的最大好處在于給予了實驗室何時、何地、如何測量工件、誰來測量的靈活性。 PC-DMIS EMS允許利用單一檢測程序傳遞檢測規(guī)劃，在各種設(shè)備、各種場合完成測量，Clark說。一旦條件變化，我們還有其他選擇。統(tǒng)一的軟件平臺使得檢測團(tuán)隊將注意力集中在完成全部工件品質(zhì)控制的大場景。

好奇號與火星會面

一旦在火星著陸，固定在好奇號機(jī)械臂的相機(jī)將會在很近的距離拍攝巖石、泥土圖片，了解小于于頭發(fā)絲寬度的細(xì)節(jié)。在制造機(jī)械臂和立體相機(jī)的過程中，超高精度測量機(jī)Leitz PMM-C，配備LSP-S掃描測頭以及PC-DMIS軟件用于鏡頭的檢測，因為該機(jī)精度高、觸測力小。

一個測量需要在500 mm的行程區(qū)間測量一個3英寸直徑的鏡頭，測量重復(fù)性達(dá)到位置精度的五分之一。盡管在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)，在實際操作中，由于過程的不確定性而增加了測量的難度。另外一項測量的挑戰(zhàn)存在于鏡頭的組裝，需要將支撐桿保持垂直與平行。

來自?？怂箍涤嬃康膽?yīng)用專家進(jìn)行了詳盡的重復(fù)性試驗，意圖找到不確定度的源頭。應(yīng)用團(tuán)隊確定測量不確定度在溫度變化過程中表現(xiàn)明顯。利用自動測頭更換架以及溫度補償系統(tǒng)，并貫徹一些基本的計量理念，幫助獲得理想的結(jié)果。關(guān)于鏡頭的匹配，在科學(xué)家們移動鏡頭時，PC-DMIS進(jìn)行測量，這確保了鏡頭在伸縮過程中保持居中。

控制溫度幫助減少由于機(jī)器結(jié)構(gòu)以及測量機(jī)部件不對等伸縮所造成的誤差，比如測頭加長桿、探針以及夾具。采用自動測頭更換架、選定適合的測量時間也能夠優(yōu)化測量結(jié)果。重復(fù)性從五分之四降低到了五分之一，幫助穩(wěn)定了制造過程，減少裝配時間，提升了制造產(chǎn)品的確信度，并滿足了制造要求。因為在火星上更換出錯的設(shè)備是不可能的。

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